Departamento de Metalurgia e Integridad Estructural

Área de Modelación de Materiales y Procesos Industriales

Simulación de Procesos

En el Cimav existe un laboratorio virtual que funciona como herramienta tecnológica en el trabajo académico. Por cuestiones económicas, de tiempo y prácticas, las tendencias mundiales están encaminadas a diseñar prototipos virtuales (simuladores), tecnologías que pueden aplicarse tanto en empresas procesadoras de alimentos hasta en el sector aeroespacial, es decir, su aplicación es muy amplia.

La simulación es una herramienta que se realiza a través de la programación de modelos matemáticos, que representan al sistema a simular, en un sistema de cómputo y/o con el uso de un software de Elementos o Diferencia Finitas para el análisis, síntesis y la optimización de procesos. La herramienta ayuda a comprender y predecir la respuesta del sistema simulado, por lo tanto a identificar la oportunidad de mejora y proponer soluciones alternativas.

Por ejemplo, una empresa automovilística utiliza el software para diseñar, probar y crear el modelo virtual de un vehículo. Llegar al prototipo físico a través de la simulación implica obtenerlo con una respuesta que ajusta lo ideal con las restricciones de leyes ambientales, económicas y de tecnología disponible (electrónica, mecánica, térmica, materiales, entre otras).

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Dr. Antonino Pérez
Tel. +52 (614) 439 1101
antonino.perez@cimav.edu.mx

El Centro de Investigación en Materiales Avanzados cuenta con un laboratorio virtual para realizar el estudio y diseño de prototipos a través de la simulación de procesos, mediante el desarrollo de modelos matemáticos y software especializado. En particular la dinámica de fluido computacional (CFD por su nombre en inglés), en gases y líquidos son líneas de estudio e investigación de interés.

El uso de esta herramienta tecnológica tiene como objetivo principal el trabajo académico ya que permite formar recursos humanos de alta especialidad, en la simulación de procesos industriales e identificación de áreas de oportunidad tecnológicas, generar artículos en revistas indexadas, participar en congresos y contribuir en la publicación de libros.

La importancia de la simulación de procesos en la investigación e innovación es la oportunidad de reducir tiempos destinados a experimentación así como la optimización de inversión económica y administrar de mejor manera el recurso humano y material. De allí la importancia de crear prototipos virtuales antes de su producción en serie. Dentro del potencial con que cuenta esta herramienta tecnológica se encuentra una amplia gama de aplicaciones, ejemplos de ello son:

Industria procesadora de alimentos

En los sistemas de refrigeración, la dinámica de fluidos podría determinar la distribución correcta de las corrientes de aire para mantener una temperatura homogénea. Pero si lo que se desea es elaborar un producto deshidratado, por ejemplo chips de manzana, entonces se puede simular la circulación de las corrientes de calor y el control de la humedad. La velocidad del secado incide en la conservación de las propiedades nutricionales, apariencia y textura del alimento. La dinámica de fluidos gobierna el movimiento de los flujos de gases calientes y el retiro de la humedad de un cuerpo biológico para obtener un secado apropiado.

Producción de cemento

Si bien es cierto que la producción de cemento tiene un importante peso en la emisión de gases de efecto invernadero, también es cierto que en la actualidad es imposible dejar de usarlo. Por ello lo que se busca es optimizar el proceso productivo. La simulación permite obtener información sobre los fenómenos del clinkerizado, prediciendo el comportamiento sobre cambios de fases al interior del horno. Lo anterior puede permitir plantear opciones al proceso de producción.

Industria automotriz

Actualmente en los vehículos se está incrementando la presencia y asistencia de sistemas electrónicos con el objetivo de brindar mayores prestaciones y aplicaciones, esto conlleva un aumento de circuitos que, al ser emisores de energía térmica generan calor. El laboratorio virtual permite el análisis del efecto de la dinámica de fluidos para disipar calor de los circuitos electrónicos, para hacerlos más eficientes.

Otro ejemplo, es el diseño involucrado para obtener una temperatura homogénea, dentro de la cabina de los automóviles, a través de los sistemas de salidas y extracción de aire.

Aerodinámica

Se puede simular el diseño del vehículo, en movimiento o estático, en relación a su aerodinámica es decir su resistencia a un fluido determinado. Es importante conocer el efecto de una forma geométrica, básica o compleja, y como se modifica el patrón de flujo en función de variables tales como cambios de presión, efectos de superficie, temperatura y número de Reynolds. Por supuesto, cada caso implica diferente grado de dificultad, tiempo de cálculo y una necesidad de equipo de cómputo específica.

Depuración de aguas residuales

En el tratamiento de aguas residuales, la simulación de procesos permite el estudio y comprensión de un sistema de filtración para determinar los mecanismos más apropiados que puedan retener organismos nocivos, metales, sustancias tóxicas o gases disueltos.

Sistemas acuícolas

En estos sistemas, es posible modelar y simular turbulencias en las camas de los estanques acuícolas, fenómeno que está relacionado con sensibilidad y cantidad de oxígeno que requiere cada especie marina. Para ello es importante un apropiado sistema de circulación de agua con flujos, alturas e inclinaciones de los estanques para cada especie. No usar la correcta dinámica de fluidos impacta en la reproducción y el desarrollo de las especies, así como en los costos de producción.






Líneas de Investigación
  1. Alimentos
  2. Producción de cemento
  3. Aerodinámica
  4. Automotriz
  5. Sistemas acuícolas
  6. Combustión

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